减振刀杆以及车床的制作方法

本实用新型涉及机械加工设备领域，具体而言，涉及一种减振刀杆以及车床。

背景技术：

在金属切削加工过程中时常会伴随着颤振的发生，而颤振严重影响工件的质量、精度和切削效率。针对这种危害，国内外研究者对振动理论及控制方法做了很多研究。目前主要的振动方法分为被动控制、主动控制和半主动控制。

被动控制的装置结构简单，易于实现，可靠性好，但是该方法性能单一，不能满足一些复杂的控制；主动控制对检测的精度和控制系统的要求都很高，此外时滞对控制的效果影响也比较大；而半主动控制兼具了被动控制和主动控制的优点，尤其是近些年压电陶瓷、形状记忆合金、磁流变液等智能材料得应用，使得半主动控制对振动的抑制更加有效了。磁流变材料最早由美国学者J.Rabinow发明，在无外加磁场的情况下，磁流变液中的固体颗粒会杂乱的自由分布，当有外加磁场后，固体颗粒会聚集成链，磁流变液会有液态变为类固态，并具有一定的剪切屈服强度。当外加磁场消失后，磁流变液又会迅速的转换为液态，这个过程是毫秒级的。磁流变液具有刚度和阻尼可控、响应迅速、能耗低、工作电压较低等优点，对于其在半主动控制的应用前景比较广泛。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种减振刀杆，以改善传统的金属切削加工过程中时常会伴随着颤振的发生，而颤振严重影响工件的质量、精度和切削效率的问题。

本实用新型的目的还在于提供一种车床，以改善传统的金属切削加工过程中时常会伴随着颤振的发生，而颤振严重影响工件的质量、精度和切削效率的问题。

本实用新型的实施例是这样实现的：

基于上述第一目的，本实用新型提供了一种减振刀杆，包括刀杆轴、套筒以及励磁线圈，其中，所述套筒套设在所述刀杆轴外，所述套筒与所述刀杆轴之间形成密封的环形空腔，所述励磁线圈套设在所述刀杆轴外，且所述励磁线圈位于所述环形空腔内，所述励磁线圈具有用于与电源连接的引线。

在本实用新型较佳的实施例中，所述刀杆轴沿其长度方向具有与车床连接的连接端以及用于安装刀具的安装端，所述套筒套设在所述刀杆轴的靠近所述安装端的端部。

在本实用新型较佳的实施例中，所述套筒的周壁上设置有开孔，所述引线穿设于所述开孔。

在本实用新型较佳的实施例中，所述套筒与所述刀杆轴间隙配合。

在本实用新型较佳的实施例中，所述套筒包括筒体以及端盖，所述筒体套设在所述刀杆轴上，所述端盖套设在所述刀杆轴上，所述端盖位于所述筒体与所述刀杆轴的连接端之间，所述筒体与所述刀杆轴之间形成环形槽，所述端盖封盖在所述环形槽的靠近所述连接端的槽口处使所述刀杆轴、所述筒体以及所述端盖围成所述环形空腔，所述筒体与所述刀杆轴固定连接，所述端盖与所述筒体固定连接。

在本实用新型较佳的实施例中，所述筒体与所述端盖通过螺钉连接，所述筒体与所述刀杆轴通过螺钉连接。

在本实用新型较佳的实施例中，还包括密封圈，所述端盖与所述刀杆轴之间通过所述密封圈轴向密封；所述端盖与所述筒体的接触端面处通过所述密封圈径向密封；所述筒体与所述刀杆轴的接触端面处通过所述密封圈径向密封。

在本实用新型较佳的实施例中，所述筒体的周壁上设置有进出口，所述进出口内密封插装有橡胶堵头。

在本实用新型较佳的实施例中，所述环形空腔内填充有磁流变液。

基于上述第二目的，本实用新型提供了一种车床，包括所述的减振刀杆。

本实用新型实施例的有益效果是：

综上所述，本实用新型实施例提供了一种减振刀杆，其结构简单合理，便于制造加工，安装与使用方便，同时，该减振刀杆能够抑制车削外圆时颤振的发生，通过改变外加施加在励磁线圈上的电流大小从而改变外加磁场强度大小，进而改变整个减振装置的动态特性(主要指固有频率和阻尼)，最终实现有效抑制车削外圆时发生颤振的目的。具体如下：

本实施例提供的减振刀杆，减振刀杆包括有刀杆轴，刀杆轴的一端安装在车床的刀座上，刀杆轴的另一端用于安装改造后的普通车刀，刀杆轴的外部套设有套筒，套筒的内周面与刀杆轴的外周面之间形成了密封的环形空腔，使用时，环形空腔内充满了磁流变液，在无外加磁场的情况下，磁流变液中的固体颗粒会杂乱的自由分布，当有外加磁场后，固体颗粒会聚集成链，磁流变液会有液态变为类固态，并具有一定的剪切屈服强度。当外加磁场消失后，磁流变液又会迅速的转换为液态，这个过程是毫秒级的。同时，在刀杆轴外套设有励磁线圈，励磁线圈具有与外部电源连接的引线，该减振刀杆采用了磁流变液剪切和挤压混合工作模式，通过调节线圈上施加的电流大小改变外加磁场强度大小，从而实时的改变减振刀杆的刚度和阻尼等动态特性，有效的抑制颤振的发生。该减振刀杆有益于提高车削外圆时工件的表面质量、精度和切削效率，延长机床－刀具系统的使用寿命。

本实施例提供的车床包括上述的减振刀杆，具有减振刀杆的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例的减振刀杆的剖视图；

图2为本实用新型实施例的减振刀杆的变形结构的剖视图；

图3为本实用新型实施例的减振刀杆的剖视图(充斥磁流变液)；

图4为本实用新型实施例的减振刀杆的橡胶堵头的结构示意图。

图标：100－刀杆轴；110－安装端；120－连接端；200－套筒；210－筒体；211－开孔；212－进出口；220－端盖；300－励磁线圈；310－引线；400－螺钉；500－磁流变液；600－密封圈；800－橡胶堵头。

具体实施方式

在金属切削加工过程中时常会伴随着颤振的发生，而颤振严重影响工件的质量、精度和切削效率。针对这种危害，国内外研究者对振动理论及控制方法做了很多研究。目前主要的振动方法分为被动控制、主动控制和半主动控制。被动控制的装置结构简单，易于实现，可靠性好，但是该方法性能单一，不能满足一些复杂的控制。主动控制对检测的精度和控制系统的要求都很高，此外时滞对控制的效果影响也比较大。

鉴于此，本实用新型设计者设计了一种减振刀杆以及车床，采用了磁流变液500挤压和剪切的混合工作模式，通过调节线圈上施加的电流大小改变外加磁场强度大小，从而实时的改变减振刀杆的刚度和阻尼等动态特性，有效的抑制颤振的发生。该发明有益于提高车削外圆时工件的表面质量、精度和切削效率，延长机床-刀具系统的使用寿命。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

减振刀杆实施例

请参阅图1，本实施例提供了一种减振刀杆，采用了磁流变液500挤压和剪切的混合工作模式，通过调节线圈上施加的电流大小改变外加磁场强度大小，从而实时的改变减振刀杆的刚度和阻尼等动态特性，有效的抑制颤振的发生。该发明有益于提高车削外圆时工件的表面质量、精度和切削效率，延长机床－刀具系统的使用寿命。

减振刀杆包括有刀杆轴100、套筒200以及励磁线圈300。套筒200套设在刀杆轴100外，励磁线圈300位于刀杆轴100和套筒200之间，在套筒200和刀杆轴100之间形成了密封的环形空腔，励磁线圈300位于环形空腔内。使用时，需要在环形空腔内填充磁流变液500，最好是充满整个环形空腔，励磁线圈300通电后，通过改变施加在励磁线圈300上电流大小，改变磁流变液500外加磁场强度大小，此时环形空腔内的磁流变液500在外加磁场作用下由液态变成类固态，减振刀杆的刚度和阻尼会增大，可以有效的抑制振动的发生。

刀杆轴100可以直接采用现有的刀杆轴100，不需要进行额外的加工，便于使用，节省了成本。刀杆轴100的杆身为截面为圆形的杆状，其用于安装刀具的端部为方形，刀杆轴100沿其长度方向具有用于安装在车床上的连接端120，以及用于安装刀具的安装端110，连接端120与车床的刀座的连接采用现有的连接方式即可，安装与拆卸方便，安装端110上设置有螺纹孔，刀具安装在安装端110后，通过螺钉400螺接固定，安装方式简单可靠。

套筒200套设在刀杆轴100上，套筒200呈圆柱形筒，便于加工，且刀杆轴100转动时，整个刀杆更加平稳，减小振动。套筒200套设在刀杆轴100后，与刀杆轴100之间形成了密封的环形空腔，环形空腔内用于储放磁流变液500。实际加工时，套筒200可以是一个整体，套筒200与刀杆轴100为固定连接。请参阅图2，为了便于安装，将套筒200设置为分体式，套筒200具有筒体210以及端盖220，筒体210套设在刀杆轴100外，端盖220套设在刀杆轴100外，筒体210和套筒200都靠近刀杆轴100的安装端110设置，进一步的，筒体210位于安装端110和端盖220之间，筒体210的一端面与刀杆轴100贴合，在该贴合处，通过螺钉400将刀杆轴100和筒体210螺接固定，连接方式简单可靠，便于安装和拆卸，筒体210与刀杆轴100之间形成了环形槽，环形槽的槽底位于刀杆轴100与筒体210的端面贴合处，环形槽的槽口朝向刀杆轴100的连接端120，此时，将端盖220盖装在环形槽的槽口处，端盖220与筒体210密封连接，即刀杆轴100、筒体210和端盖220围成了密封的环形空腔，为了提高环形空腔的密封性，在刀杆轴100与筒体210之间、刀杆轴100与端盖220之间以及筒体210与端盖220之间设置有密封圈600。

具体的端盖220与刀杆轴100之间通过密封圈600轴向密封；端盖220与筒体210的接触端面处通过密封圈600径向密封；筒体210与刀杆轴100的接触端面处通过密封圈600径向密封，环形空腔的密封更加可靠，位于环形空腔内的磁流变液500不易泄露，使用安全可靠。

实际加工时，套筒200与刀杆轴100之间采用间隙配合，套筒200的内周面为圆面，刀杆轴100的外周面为圆面，即形成了圆环状的环形空腔，磁流变液500的分布均匀，减振效果更好。具体的，筒体210的内周面与刀杆轴100的外周面间隙配合，端盖220套设在刀杆轴100上，与刀杆轴100和筒体210分别密封连接。

进一步的，在筒体210上设置有开孔211和进出口212，开孔211和进出口212位于筒体210的周壁上，与筒体210的筒腔连通，开孔211用于励磁线圈300的引线310的穿设，进出口212用于磁流变液500的填充和排放。开孔211和进出口212的形状按需设置即可，在此不进行具体限制，加工时灵活方便。

请参阅图4，进一步的，在筒体210的进出口212处设置有橡胶堵头800，橡胶堵头800插装在进出口212内，与筒体210密封连接，橡胶堵头800具有一定的弹性形变，在橡胶堵头800插入进出口212后，橡胶堵头800挤压变形，能够减小橡胶堵头800与筒体210之间的间隙，实现密封功能。橡胶堵头800与筒体210为插装连接，安装于拆卸方便，使用方便可靠。

实际加工时，进出口212设置为圆形孔，具有光滑的周面，对应的，橡胶堵头800为圆柱形头，且橡胶堵头800还设置有环形凸出部，便于手持环形凸出部将堵头从进出口212处拔出，圆周面与圆周面相接触时，缝隙小，密封效果好。

励磁线圈300位于环形空腔内，实际安装时，将励磁线圈300套设在刀杆轴100上，安装方便，励磁线圈300中“励磁”就是激发产生的意思。线圈中通过变化的电流，沿线圈中心就有磁力线通过，电流越大，磁力线也越多，直到饱和，断开电流，磁力线消失，这就叫励磁线圈300。励磁线圈300具有外接电源的引线310，引线310穿过开孔211，引线310的位置固定，便于与电源连接。实际操作时，引线310与稳压电源连接，电流更加稳定，便于控制。

请参阅图3，需要说明的是，实际生产制造时，可以在环形空腔内充满磁流变液500后将减振刀杆作为整体部件，或者不在环形空腔内充斥磁流变液500，在需要使用时，再将磁流变液500填满环形空腔，使用时方便可靠。

本实施例提供的减振刀杆，在使用时将改造过的车刀与刀杆轴100的安装端110处装配，用紧定螺钉400固定，然后将刀杆轴100安装在车床的刀座上，励磁线圈300的引线310外接稳压电源。在机床进行车削外圆时，当发现机床－刀具－工件系统发生振动时，改变施加在励磁线圈300上电流大小，改变磁流变液500外加磁场强度大小，此时装配间隙处的磁流变液500在外加磁场作用下由液态变成类固态，减振刀杆的刚度和阻尼会增大，可以有效的抑制振动的发生。

车床实施例

本实施例提供了一种车床，包括上述实施例提供的减振刀杆，还包括车床主体，减振刀杆安装在车床主体上，在进行切削时，能够有效减小刀杆轴100的振动。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。